國產(chǎn)600MW超臨界機(jī)組一次汽系統(tǒng)水壓試驗(yàn)堵閥改造

徐 春

浙江大唐烏沙山發(fā)電有限責(zé)任公司 浙江 寧波 315722

1 概述

1.1 設(shè)備介紹

某電廠國產(chǎn)4臺600MW超臨界機(jī)組鍋爐采用哈爾濱鍋爐有限責(zé)任公司與三井巴布科克（MB）公司合作設(shè)計(jì)、制造的超臨界本生（Benson）直流鍋爐，型號：HG-1890/25.4-YM4。一次中間再熱、滑壓運(yùn)行，固態(tài)排渣、單爐膛、平衡通風(fēng)、Π型露天布置。末級過熱器出口匯集集箱兩端引出的兩根φ508mm×80mm、SA-335 P91的主蒸汽管道引向汽輪機(jī)。在兩根主蒸汽管道上對稱布置有6只彈簧安全閥和2只動(dòng)力排放閥（PCV）。

鍋爐主汽管道至汽輪機(jī)布置有液壓自動(dòng)主汽門而沒有布置電動(dòng)閘閥。由于主汽門密封性能不好，機(jī)組檢修完成后鍋爐一次汽系統(tǒng)無法進(jìn)行水壓試驗(yàn)，尤其是鍋爐受熱面更換或大面積改造后，無法檢查受熱面的檢修質(zhì)量，因此存在嚴(yán)重的安全隱患。

為了增強(qiáng)鍋爐承壓部件的檢驗(yàn)手段，提高機(jī)組的安全性能，需要在末級過熱器出口匯集集箱的出口管道（即主蒸汽安全閥入口直管段）加裝水壓試驗(yàn)堵閥。

1.2 堵閥改造安裝位置

為使改造后對管道系統(tǒng)（應(yīng)力、應(yīng)變）分布及對支吊架的影響降至最低，將堵閥安裝靠近K柱側(cè)（鍋爐主梁），具體位置見圖1。

按改造1m長φ508mm×80mm管道測算，管道凈重 839kg；堵閥凈重約2800kg；實(shí)增加負(fù)載2000kg。

1.3 支吊架改造確定

經(jīng)測算，在增重2000kg的情況下，須單獨(dú)增設(shè)支吊架（規(guī)格：工作負(fù)載為35kN，結(jié)構(gòu)負(fù)載為70kN的彈簧支吊架）［1-6］。

為防止管道焊后熱處理影響，支吊架11以及增設(shè)吊架吊點(diǎn)位置均須距堵閥兩端各500mm距離（具體安裝如圖1所示）。

閥蓋采用自密封結(jié)構(gòu)，安裝時(shí)螺栓拉緊閥蓋，運(yùn)行時(shí)，蒸汽壓力施加于閥蓋，使閥蓋向上頂緊，密封可靠。

堵板密封原理與之類似，裝入堵板裝置后，旋緊支撐釘，給密封一預(yù)載荷，水流進(jìn)入后，介質(zhì)力使密封更可靠，達(dá)到零泄漏。

圖1 堵閥安裝位置

1.4 堵閥的結(jié)構(gòu)

圖2 堵閥結(jié)構(gòu)圖

閥體支管基本與管道內(nèi)徑相等，并配有導(dǎo)流套，閥門壓力損失基本為零。同時(shí)，閥瓣裝有 “O”型密封圈，密封性好（見圖2）。

2 一次汽系統(tǒng)水壓試驗(yàn)堵閥改造

2.1 堵閥改造前的準(zhǔn)備工作

1）解體堵閥，對堵閥各部分進(jìn)行PT檢驗(yàn)（滲透檢驗(yàn)）和光譜檢驗(yàn)，確定閥體無裂紋、砂眼，并且確定材質(zhì)符合設(shè)計(jì)要求。

2）測量堵閥尺寸，厚度是否符合設(shè)計(jì)要求.

3）劃線。以主汽集汽聯(lián)箱出口管道第一個(gè)彎頭后的第二道焊口往爐后偏移30mm為基準(zhǔn)點(diǎn)，根據(jù)堵閥實(shí)際尺寸劃出切口位置。

2.2 改造施工過程

1）切口后管道消磁

利用指南針確定管道焊口處磁場方向。在管道上配置截面35～50 mm的柔性焊接導(dǎo)線組成的線圈，將其接到一個(gè)或者兩個(gè)順序連接的直流焊機(jī)上，使其形成的磁場作用方向與管道剩磁場作用方向相反。

在消磁的過程中，必須周期性地用磁力計(jì)在鋼管上檢查消磁磁場作用的結(jié)果。必要時(shí)，控制電流或者改變它的方向（用在焊接變流器上換接導(dǎo)線的方法）。

消磁結(jié)束以后，為了平滑地降低磁通時(shí)，應(yīng)該在1min內(nèi)逐漸減小電流，直到零值，然后切斷電源。

2）管道熱處理及焊接

將切開口的管道兩側(cè)塞入可溶紙，利用制做好的管道對口專用卡具固定在管道上進(jìn)行對口，調(diào)整管道與堵閥的同心度，偏差不超過0.20mm，焊口間隙5～6mm對口完成后，利用槽鋼將管道與堵閥固定。

表1 焊前預(yù)熱的情況

焊前采用跟蹤預(yù)熱（見表1），最低預(yù)熱溫度不低于150℃，層間溫度保持在250℃以下。采用Ws/D焊接工藝，并且進(jìn)行兩遍氬弧焊打底，保護(hù)氣體氬氣純度≥99.995%，氬氣流量為8～12L/min。由于P91鋼焊接時(shí)，熔池鐵水粘度大，流動(dòng)性差，焊接規(guī)模又小，容易出現(xiàn)夾渣，層間末熔合等缺陷。故必須采用多層多道小規(guī)模焊接，焊層厚度盡量減薄，每層焊道厚度不超過焊條直徑的2mm，擺動(dòng)焊接時(shí)，焊條擺幅不超過焊條直徑的4倍，每層焊道必須清理干凈。發(fā)現(xiàn)外表成形不好的馬上補(bǔ)焊，嚴(yán)禁在焊縫冷卻后直接補(bǔ)焊。

焊接完成后必須進(jìn)行后熱處理，后熱處理溫度控制在300～350℃，并保溫2小時(shí)。

焊后熱處理采用多路輸出，多點(diǎn)測溫，且加熱器與熱電偶一一對應(yīng)，焊口上下溫度始終保持一致，使熱處理焊口升、降溫度以≤150℃為宜。加熱溫度為750～780℃，恒溫按每25mm壁厚/1小時(shí)計(jì)算，但最少不得少于3小時(shí)。降溫至300℃時(shí)，可不控制，冷卻至環(huán)境溫度。［7］

3）管道焊口檢驗(yàn)

P91材質(zhì)管道對口前坡口管道需要做磁粉檢測（MT）或液體滲透檢測（PT）檢驗(yàn)，焊口熱處理后焊縫及焊口兩側(cè)母材各200mm范圍做MT檢驗(yàn)，焊接接頭熱處理后硬度合格范圍控制在180～250HBW。

管道焊口焊接完成后，要超聲波進(jìn)行無損檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)缺陷及時(shí)處理。

4）支吊架安裝

彈簧支吊架的安裝應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)程、驗(yàn)標(biāo)要求執(zhí)行。

吊架，吊桿等零部件應(yīng)按設(shè)計(jì)采用螺紋聯(lián)接，不允許使用焊接吊耳的方法進(jìn)行連接，其連接部位螺桿必須至少超出螺帽2～3個(gè)絲扣，且鎖緊螺帽必須按規(guī)定鎖到位。

支吊架的配裝先放線測量，位置按設(shè)計(jì)圖紙要求，偏裝量符合設(shè)計(jì)要求，方位準(zhǔn)確。

5）安裝堵閥檢修平臺

安裝檢修平臺時(shí)必須考慮堵閥運(yùn)行狀態(tài)的膨脹間隙，平臺格柵板與堵閥的間隙不得低于主汽管道熱態(tài)時(shí)向兩側(cè)的膨脹值131mm。如圖3所示。

2.3 一次汽系統(tǒng)水壓試驗(yàn)堵閥改造意事項(xiàng)

1）對口應(yīng)內(nèi)外對齊，如有錯(cuò)邊，錯(cuò)邊值不得大于1mm，對口裝配時(shí)，對接管口端面與管子中心線垂直，其偏斜度不得超過 2mm，不得強(qiáng)力對口。焊接施工時(shí)，環(huán)境溫度應(yīng)≥5℃；否則應(yīng)采取措施，來保證焊接場所的環(huán)境溫度；施工時(shí)，需做好防風(fēng)、防雨，對口方法采用“定位塊法”點(diǎn)固在坡口內(nèi)。［8］氬弧焊打底，在預(yù)熱到規(guī)定溫度并加熱均勻后進(jìn)行，打底采用直流正接法、兩人對稱焊接。氬弧焊打底采用高頻引弧、衰減收?。粴寤『鸽娏?0～110A，氬氣流量 10～15L/min，管道充氬，在管道內(nèi)形成氬氣保護(hù)氛圍，開始流量可為 10～20L/min，施焊過程中流量應(yīng)保持在 8～10L／min。氬弧焊打底應(yīng)焊兩遍，目的是防止電焊擊穿打底層，造成根部氧化。

圖3 堵閥平臺及支吊架

2）打底完成后，將預(yù)熱溫度升至 200～250℃，可以開始電弧焊；采用直流反接法、兩人對稱焊接。各層接頭應(yīng)互相錯(cuò)開搭接。填充及蓋面時(shí)，采用φ3.2mm 焊條，電流 100～130A，電壓 22～24V，每層填充金屬的厚度控制在3mm左右，在保證熔化良好的前提下，盡量減小焊接電流，嚴(yán)防燒穿氬弧焊打底焊縫，各層接頭應(yīng)互相錯(cuò)開 10～15mm，焊工要加強(qiáng)層間清理，嚴(yán)防焊縫夾渣。［9］采用多層多道焊，單焊道的擺動(dòng)寬度≤4倍焊條直徑。焊接一層至少三道焊縫，中間應(yīng)有一退火焊道。每層焊道須清理干凈，尤其注意清理接頭及焊道兩側(cè)。焊接過程中，注意控制層間溫度，層間溫度≤250℃。

3）當(dāng)焊縫整體焊接完畢，焊接接頭冷卻到100℃以下，應(yīng)立即做加熱溫度為300～350℃，恒溫時(shí)間為2～5小時(shí)的后熱處理。熱處理后焊縫金屬的硬度為 HB180～250。焊縫微觀組織為以馬氏體板條清晰的回火馬氏體為主。

3 結(jié)束語

為保證機(jī)組檢修后，尤其是鍋爐受熱面的檢修質(zhì)量，需要對鍋爐的承壓部件進(jìn)行水壓試驗(yàn)，堵閥則作為水壓試驗(yàn)重要的隔離裝置，因此在對鍋爐一次汽系統(tǒng)水壓試驗(yàn)堵閥改造過程中，需要重點(diǎn)確定堵閥的安裝位置、支吊架的選型、管道的焊接工藝等，從而提高了設(shè)備的可靠性，保證了機(jī)組安全可靠長周期運(yùn)行。

［1］張向慧.恒力彈簧支吊架的優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.新技術(shù)新工藝，2009，（09）.

［2］劉瑜，徐傳海.恒力彈簧選型及恒力彈簧支吊架的設(shè)計(jì)與安裝［J］.華中電力，2004，（05）.

［3］ 沈重光.恒力支吊架［J］.電站輔機(jī)，2002，（02）.

［4］ 劉輝.彈簧支吊架的選用及設(shè)計(jì)［J］.化工設(shè)計(jì)，2010，（05）.

［5］張春柳，張學(xué)儉，韓兆強(qiáng)，程豐淵.四連桿恒力彈簧吊架設(shè)計(jì)公式的演繹與求解［J］.鍋爐制造，1999，（02）.

［6］ 彭進(jìn).管道設(shè)計(jì)中支吊架的正確設(shè)置［J］.煉油設(shè)計(jì)，1999，（05）.

［7］姚如一，周驥平，徐鐘林，胡家，戎聚康，黃志福.恒力彈簧支吊架的優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，1995，（02）.

［8］婁杰云.T91/P91鋼的性能分析及焊接工藝［J］.華電技術(shù)，2010，（04） .

［9］ 吳軍.電站用 T91 鋼的性能及焊接［J］.華電技術(shù)，2002，（10）.

［10］劉紅文，聶銘，陳順強(qiáng).T91鋼的性能及其焊接方法［J］.廣西電力技術(shù)，1999，（02）.